4.3 阻塞赋值与非阻塞赋值
一．Golden Rule
编码原则很多，就阻塞非阻塞赋值而言，新手最需要牢记的是其中三条：
1) 时序逻辑一定用非阻塞赋值”<=”,一旦看到敏感列表有posedge就用”<=”。
2) 组合逻辑一定用”=”，一旦敏感列表没有posedge就用”=”，一旦看到assign就用”=”。
3) 时序逻辑和组合逻辑分成不同的模块，即一个always模块里面只能出现非阻塞赋值”<=”或者”=”。如果发现两种赋值并存，一个字”改”，心存侥幸可能会给后续工作带来更多麻烦。
以上三条，对新手而言不必追求为什么，需要的就是条件反射的照章办事。最后说一句，新手可能记不住哪个符号是阻塞赋值，哪个是非阻塞赋值，大家可以数数，”非阻塞赋值”一共5个字，“阻塞赋值“4个字，所以非阻塞用的符号”<=”比阻塞赋值用的符号”=”长。
二．电路行为逻辑
第一节给出了三条最基本的编码原则，有个朋友可能会想，按照这三条编码原则写出来的代码会按怎样的逻辑工作呢？这一节就是回答这个问题。首先解释一下阻塞赋值与非阻塞赋值的含义。
阻塞赋值”=”就是说，在这个语句没有执行完之前，后面的语句是不执行的。这里执行的含义是指完成变量值的更新。
非阻塞赋值”<=”是指，所有的语句可以并发执行，而前面的值是否执行完毕不会影响后面的语句，换句话说，语句的顺序是无关紧要的。
举个例子，假设一个模块，有2个寄存器，b和c，初值都是1。a为输入信号线。在某个时刻，因为某种原因，模块被触发执行。对于组合逻辑而言，一般是输入信号值变了，对于时序逻辑而言，一般是时钟沿到了。首先看组合逻辑：
// 假设输入 : a = 2; b和c初值 = 1
always@(a)
begin
b = a; // after run : b = 2
c = b; // after run : c = 2
end由于是阻塞赋值，所以首先执行完第一句b=a，执行完成之后b=2。接着执行c=b，执行完成后c=2，一次仿真结束后 b=c=2；
对于时序逻辑而言，
// 依然假设: a =2 ; b和c初值 = 1
always@(posedge clk)
begin
b <= a; // after run : b = 2
c <= b; // after run : c = 1
end由于是非阻塞赋值，首先执行第一句b<=a，这时候a = 2,但是还没有执行完第一句的时候，第二句c<=b也执行了，由于第一句没有执行完，b的值还是1，这时候赋值给c的值也是1。执行完毕的结果就是c=1,b=2.等到模块再次被触发的时候c的值更新为2。有个朋友可能就会问了，凭啥第一句执行到一半就该第二句执行呢？到底是第一句先完成赋值呢还是第二句先完成赋值？答案是，谁先完成赋值都没关系，结果是一样的。（在博文4.3Verilog练习4中有一个程序可参考）
为什么说结果一样呢？因为两种赋值方式分别是按照下面的顺序执行的。阻塞赋值，就跟C语言一样，严格按照代码书写的先后顺序执行，所有值都是立即更新，并且在下面的语句中按照新值执行。而时序电路就不一样了，大家可以这么理解时序逻辑的代码行为，一次执行分为两轮：第一轮是所有的左值都先赋给临时变量，第二轮用输入值以及和右值同名的临时变量值去更新左值。比如上面的例子，第一轮，赋给临时变量：tempc=c;tempb=b。第二轮，临时变量更新左值，b = a;c = tempb;output = tempc。从上面的分析也可以看出，组合逻辑的结果与代码顺序直接相关，而时序逻辑与代码顺序没有关系。这就是所谓的顺序执行（组合逻辑）与并发执行（时序逻辑）。
三. 总结
阻塞：在本语句中“右式计算”和“左式更新”完全完成之后，才开始执行下一条语句；
• 阻塞(blocking) 赋值语句(b = a)：
- 完成该赋值语句后才能做下一句的操作；
- b的值立刻被赋成新值a;
- 硬件没有对应的电路，因而综合结果未知。
非阻塞：当前语句的执行不会阻塞下一语句的执行。
• 非阻塞(non-blocking) 赋值语句(b<= a)：
- 块内的赋值语句同时赋值；
- b的值被赋成新值a的操作, 是与块内其他赋值语句同时完成的；
- 建议在可综合风格的模块中使用非阻塞赋值。
阻塞赋值和非阻塞赋值如果使用不当会存在冒险和竞争现象，必须按照下面两条准则：
1）在描述组合逻辑的always块中使用阻塞赋值，则综合组合逻辑的电路结构；
2）在描述时序逻辑的always块中使用非阻塞赋值，则综合时序逻辑的电路结构。
在时钟沿触发的always块中，如果用非阻塞赋值语句对reg型变量赋值；或者当reg型变量经过多次循环其值仍保持不变，则会在综合中生成触发器。若不想生成触发器，而希望用reg型变量生成组合逻辑，则应使用电平触发。
在组合逻辑中，阻塞赋值只与电平有关，往往和触发沿没有关系，可以将其看成并行执行的；在时序逻辑中，非阻塞赋值是并行执行的；因此，优秀的HDL设计，其内部语句也是并行执行的。
